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偏振二次諧波掃描成像系統(tǒng)在二維MoS?多光子激發(fā)與非線性光學(xué)研究中的應(yīng)用
更新時間:2025-05-28瀏覽:415次

本文引用自華中科技大學(xué)韓俊波老師課題組2019年在JPC雜志上發(fā)表的相關(guān)文章。本文已經(jīng)經(jīng)過作者同意,進(jìn)行引用。相關(guān)信息如下:

Multiphoton Excitation and Defect-Enhanced Fast Carrier Relaxation in Few-Layered

MoS2 Crystals

DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b00619

J. Phys. Chem. C 2019, 123, 11216?11223

過渡金屬二硫化物(TMD)材料因其在輸運(yùn)、谷電子學(xué)和光學(xué)中的顯著特性而受到廣泛關(guān)注。得益于層與層之間較弱的范德華力,TMD晶體可以逐層剝離和工程化。二硫化鉬(MoS?)是一種典型的TMD半導(dǎo)體,其能帶位于可見光和近紅外波長附近,為光學(xué)和光子器件的應(yīng)用提供了巨大潛力。

因此對于二硫化鉬進(jìn)行相關(guān)的光學(xué)表征,包括PL,Raman,MOKE以及SHG等顯得尤為重要。

在本文中,通過化學(xué)氣相沉積(CVD)和機(jī)械剝離法分別制備了二硫化鉬(MoS?)片。然后對MoS?片進(jìn)行了TRS(瞬態(tài)反射測試)與二次諧波(SHG)測量。

TRS測量是在武漢國家強(qiáng)磁場中心使用自制的微光學(xué)雙色泵浦-探測裝置進(jìn)行的。一個鎖模鈦寶石激光器(Mira900,Coherent,76 MHz,130 fs)被用作基本激光源。從基本激光中分出兩個激光分支;一個用于通過二次諧波發(fā)生器產(chǎn)生392納米激光,另一個則用于通過光學(xué)參量振蕩器實(shí)現(xiàn)從610到695納米的可調(diào)諧激光。785納米激光或392納米激光被用作激發(fā)泵浦光束,而610-695納米激光被用作探測光束。泵浦和探測激光都通過一個100×物鏡(Mitoyo,M Plan NIR HR,數(shù)值孔徑NA = 0.7)聚焦到樣品上。

二次諧波(SHG)測量是在與TRS測量相同的裝置中獲得的,其中使用785納米激光作為基本激發(fā)光,并使用CCD光譜儀記錄二次諧波的光譜。通過步進(jìn)電機(jī)控制的偏振器和半波片來控制激發(fā)激光和生成輸出的偏振。如圖1所示為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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圖1. 偏振SHG圖

圖2展示了激發(fā)偏振依賴的TRS和SHG。SHG數(shù)據(jù)顯示出標(biāo)準(zhǔn)的6重對稱性圖案,而TRS強(qiáng)度隨著泵浦偏振的變化并沒有明顯變化,這進(jìn)一步排除了在我們的實(shí)驗(yàn)條件下MoS?片中由二階或三階光學(xué)非線性引起的TRS。

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圖2. SHG與TRS數(shù)據(jù)圖

圖3a-c展示了二硫化鉬片的光學(xué)圖像、原子力顯微鏡(AFM)圖像以及二次諧波(SHG)圖案,從這些圖像中可以觀察到六個不同厚度的位置(標(biāo)記為P1-P6),其厚度分別約為3.0、3.5、4.4、6.7、10.5和12.9納米(從4到20層,詳情見原文)。SHG圖案也顯示出6重對稱性,這與CVD樣品的結(jié)果一致。圖3d展示了該片在P1-P6不同采樣點(diǎn)的拉曼散射光譜。

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圖3. 原文中的圖3(Raman與SHG以及AFM等測試)

本文結(jié)論:

通過化學(xué)氣相沉積(CVD)和機(jī)械剝離法分別制備了厚度為3?30納米的二硫化鉬(MoS?)片。利用瞬態(tài)反射技術(shù)研究了這些樣品的動態(tài)行為。當(dāng)使用785納米作為激發(fā)波長時,觀察到了多光子激發(fā)現(xiàn)象。至少觀察到了三種衰減過程,包括缺陷輔助散射、載流子-載流子散射和載流子-聲子散射。對于兩種類型的樣品,時間尺度為300?550飛秒的衰減過程歸因于缺陷輔助散射。而時間尺度為幾皮秒及更長的衰減過程則歸因于載流子-聲子散射。對剝離的MoS?片和CVD片的動力學(xué)過程進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),由于剝離表面和晶體的質(zhì)量更高,剝離樣品的總體衰減時間比CVD樣品更長。這些結(jié)果有助于我們理解不同厚度和表面質(zhì)量的MoS?片的動態(tài)行為,這對于它們在超快光電器件和光子器件中的應(yīng)用具有重要意義。

在本文中,SHG測試發(fā)揮了相關(guān)的作用。

本工作,北京卓立漢光儀器有限公司亦有幸參與。歡迎各位咨詢北京卓立漢光儀器有限公司的相關(guān)產(chǎn)品。

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